Рады видеть Вас на сайте нашей компании!

Обеспечение инновационного и динамического развития железнодорожного транспорта через освоение техники и технологий качественного улучшения несущих способностей железнодорожного пути.

Российские железные дороги (РЖД) являются ведущей транспортной системой мира:

— первое место в мире по протяженности электрофицированных путей;
-второе место (после США) по общей длине эксплуатационных путей;
— более 10% грузо- и пассажирооборота всех железных дорог мира.

Доля железнодорожного транспорта в общем транспортном потоке России составляет: 
— по грузоперевозкам — до 43%;
— по пассажироперевозкам – до 37%.

Масштаб работы РЖД, их географическое положение определяют заинтересованность в их успешном развитии не только России, но и многих других государств.

1. Качество несущей способности железнодорожного пути, его геометрия, как системообразующий фактор реализации «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года».

В июне 2008 года правительством одобрена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», которая определяет, как одно из важнейших, обязательных условий устойчивого социально-экономического развития России, опережающее и инновационное развитие железнодорожного транспорта через решение следующих базовых задач:

— формирование достаточной, доступной и устойчивой транспортной системы, как инфраструктурного базиса для обеспечения транспортной целостности, независимости и безопасности страны, обеспечивая потребности граждан и государства в перевозках на максимально комфортных условиях;
— снижение совокупных транспортных издержек, в экономике производства товаров и услуг, приведение качества и безопасности перевозок в соответствии с требованиями частно-государственных интересов и уровнем лучших мировых стандартов;
— реализация транзитного потенциала России на базе интеграции ее железнодорожного транспорта в международные транспортные системы с соответствующими конкурентными и инвестиционными преимуществами.

Таким образом, о железнодорожном транспорте говорится, как об одном из важных системообразующих факторов развития страны.

Для железнодорожного транспорта важным условием его успешного развития служит качество сети железнодорожных путей, в том числе за счет обеспечения длительной стабильности таких его геометрических параметров которые, уменьшая факторы разрушения в системе «рельс-колесо», обеспечивают:

— наиболее экономичные, оперативные, точные и безопасные условия доставки пассажиров и грузов;
— увеличение ресурса пути и подвижного состава;
— снижение энергоемкости транспортирования;
— снижение затрат живого и машинного труда ( «малообслуживаемость пути»).

К ранее отмеченному, для конкретной и более точной иллюстрации масштаба влияния отмеченных факторов качества сети железных дорог приведем перечень зависящих от них основных задач, решаемых в «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года»:

1. Развитие тяжеловесного грузового сообщения с осевыми нагрузками до 30 тонно-сил на полигоне железнодорожных путей около 14000 км. 
Это решит проблему возрастающих грузоперевозок и, в первую очередь, промышленных, энергообеспечивающих регионов страны, обеспечит рост производительности вагона, отдельного направления и сети дорог, уменьшение количества подвижного состава и локомотивных бригад, снижение себестоимости грузоперевозок и т. д.

2. Увеличение скорости доставки на четверть за счет увеличения скоростей движения:
до 140 км/час – для скоростного грузового сообщения;
до 160…250 км/час – для скоростного пассажирского движения на полигоне 11000 км железнодорожных путей, преимущественно между региональными центрами страны;
до 350 км/час – для высокоскоростного пассажирского сообщения на полигоне 1500 км пути.

3. Доведение своевременности (точности) доставки грузов до 97% с одновременной ликвидацией «узких мест» по пропускной способности на 8300 км пути, обеспечивающих около 80% всей грузовой работы.

4. Снижение энергозатрат на тягу поездов (около 7%).

5. Увеличение межремонтного пробега вагонов:

• пассажирских – до 600 тыс. км; 
• грузовых – до 1000 тыс. км.

Увеличение ресурса локомотивов и их межремонтного пробега на 30…40% и более.
Увеличение ресурсов элементов верхнего строения пути до 2-х млрд. км (в частности рельсов).
Это движение к малообслуживаемому и малозатратному железнодорожному транспорту.

6. Увеличение экспорта транспортных услуг (транзита) в 2,8 раза на основе обеспечения преимуществ на российских транспортных коридорах по:
— расходам и времени на транспортировку;
— гарантиям соблюдения сроков (независимо от климатических и др. условий);
— обеспечение безопасности и сохранности грузов.

7. Развитие железнодорожного транспорта России должно обеспечить рост ее промышленного производства и ВВП в целом не менее чем в 3…4 раза.

Отмеченное выше, ясно показывает, что снижение факторов разрушения в системе «рельс-колесо» на базе обеспечения длительной стабильности качественной геометрии рельсового полотна, как одного из важнейших показателей физического состояния транспортных возможностей сети железных дорог, имеет беспрецедентное мультипликативное воздействие на эффективную и надежную работу железнодорожного транспорта России.

2. Новые возможности в обеспечении эксплуатационной стабильности качества железнодорожных путей.

Транспортные возможности системы «рельс-колесо» определяются ее несущими способностями, которые в значительной степени определяются не только прочностными свойствами системы, но и геометрическими ее параметрами, разрушающее влияние которых возрастает с увеличением скоростей движения и осевых нагрузок. Масштаб «неровностей» в геометрии задает масштаб их разрушающего воздействия. Поэтому необходимо решить проблему макронеровностей рельсового полотна железнодорожного пути. Оно решается успешно системой выправочно-подбивочных работ. Однако, при этом отмечается низкое качество уплотнения балласта железнодорожного пути, что приводит к интенсивному расстройству геометрии полотна качения со всеми вытекающими отсюда системными расстройствами в работе железной дороги и большими объемами затрат по их устранению и перебоями в устойчивой работе дороги.

2.1. Новые машины и технологии высококачественной стабилизации железнодорожных путей.

2.1.1. Возможности существующей техники – признаки кризиса.

В России и за рубежом стабильность нормативной геометрии железнодорожного пути обеспечивается тремя основными технологиями обработки балластной призмы: подбивкой балласта под шпалы, поверхностным уплотнением и динамической стабилизацией (имитацией поездной нагрузки на рельсошпальную решетку).
Известно, что данным технологиям присущ целый ряд особенностей характеризующих их не достаточную эффективность:

1. Низкое качество уплотнения балласта.

Степень уплотнения балласта при его подбивке, в зависимости от величины подъемки рельсошпальной решетки составляет П= 0…4% при требуемой степени П = 20%. Высокая неравномерность уплотнения – подбивка и уплотнение под шпалами при одновременном разуплотнении в межшпальном пространстве. Разное локальное качество подбивки балласта из-за разной изношенности рабочих лопаток подбоек. Обработка балласта идет в слое толщиной всего до 100…150 мм ниже нижней пастели шпал (вместо 400…450 км).

2. Интенсивное разрушающее воздействие на путь: нарушение эпюры шпал, разрушение элементов рельсошпальной решетки, дробление балластировочных материалов (до 40% щебня в рабочей зоне), что ускоряет расстройство железнодорожных путей из-за ухудшения дренирующих свойств балласта, а также разуплотнение устойчивой структуры балласта при текущем содержании пути и путеремонтных работах.

3. Не достаточная выработка в «окно».

4. Различные ограничения по пропускной способности железнодорожных путей в силу интенсивно накапливающихся расстройств с момента начала их эксплуатации.

5. Дополнительные объемы путеремонтных работ и т. д.

Данные технологии стабилизации железнодорожных путей существуют и модернизируются на протяжении последних 60 лет и более. Их развитие за последние 15….20 лет не привело к качественному устранению отмеченных недостатков. Это говорит о том, что они находятся на пределе своего технико-экономического развития. От части, это подтверждает то, что на протяжении более десяти лет в Великобритании создается еще один вид техники и технологии – пневмосуфляж балластной призмы (пневматическая подача щебня мелких фракций в балласт для заполнения свободного пространства между щебенками, т. е. подача «засорителя» в балласт). Сегодня для этих целей создана машина «Стоунбловер» (Stoneblower), производительностью 440 м/час, при мощности силовой установки 700 л.с. (522 кВт), массе и длине машины, соответственно 124 тонны и 32,2 метра. Машина по своим возможностям и назначению ориентирована на текущее содержание пути, когда не целесообразно разрыхлять межшпальное пространство балластной призмы при незначительной корректировке и фиксации геометрии пути, посредством искусственного «засорения» подшпального пространства щебнем мелких фракций (< 20 мм, в среднем).

Таким образом можно говорить о признаках развития технологического кризиса в обеспечении длительной стабилизации балластной призмы и геометрии рельсошпальной решетки железнодорожных путей, так как не только не решается задача сокращения соответствующих объемов работ ( «окон») за счет необходимого улучшения их качества при требуемом одновременном увеличении производительности работ, выработки в «окно», но, при этом наносится не поправимый ущерб верхнему строению пути.

Такая ситуация противоречит задачам развития железных дорог, как основного транспорта страны, по безусловному обеспечению условий для развития ее экономики с соответствующим ростом пассажиро- и грузопотоков.

2.1.2. Интегральный и динамический стабилизаторы пути: уровень апробации, эффективность, надежность, варианты применения.

Понимая актуальность высококачественной, длительной стабилизации нормативной геометрии железнодорожного пути, нами за ~ 20-ть лет были выполнены работы по созданию простой и надежной техники и технологии объемного уплотнения материалов балластной призмы по всей ее толщине с наивысшей степенью и равномерностью уплотнения, с возможностью увеличения производительности работ. В результате, созданы и апробированы в реальных промышленных условиях на железнодорожных путях предприятий Кузбасса, Узбекистана, ОАО «РЖД» (на не стандартном «крупнокусковом», загрязненном не «текучем» и ГОСТовском чистом щебне) качественно новые рабочие органы: интегральный и динамический стабилизаторы пути (ИСП и ДСП соответственно). Испытания ИСП проходили в составе модернизированной немецкой машины МЦФ (проверка принципа работы), прицепного одношпального модуля к машинам МСШУ-3, ПРМ-3, двушпальных рабочих блоков на модернизированной машине БУМ-1М совместно с ДСП, четырехшпального органа к машине УСМ совместно с ДСП (в стендовых условиях на участке полноразмерного железнодорожного пути) (см. материалы сайта).

Принцип ИСП заключен в реализации известных трех технологий обработки балласта (подбивки, поверхностного уплотнения и динамической стабилизации) в одном рабочем органе с обеспечением их большей эффективности и меньших энергозатратах. Все проведенные испытания четырех модификаций ИСП в различных, в том числе и тяжелых, условиях подтвердили возможности нового подхода к физике уплотнения балласта с обеспечением за один проход степени уплотнения до П =20%, в подшпальном и межшпальном пространствах (эквивалент пропуска груза в 1 млн. тонно-брутто) с одновременным снижением энергоемкости этого процесса. Проведены ресурсные испытания ИСП (в объемах > 65% сезонных объемов работ для машины типа «Дуоматик 09-32») и ДСП (в объеме > 35% объема работ машины типа ДСП). Отказов в работе органов не отмечено. В процессе данных испытаний выполнялись работы только по обслуживанию рабочих органов (смазка, регулировки, подтяжки крепежа).

С учетом накопленного опыта сегодня разработаны двух- и четырехшпальные рабочие модули – рабочие органы 2ИСП5 и ИСП-5 пятого поколения, которые качественно отличаются от ранее созданных органов по эффективности, надежности и долговечности. Данный орган реализует не горизонтальное обжатие балласта в слое 100…150 мм, а вертикальное, путем перевода балласта в текучее состояние по всей толщине призмы и динамического внедрения в нее всего балласта, который находится выше нижней постели шпал. При этом вся рельсошпальная решетка в зоне ее обработки находится в вибрирующем состоянии, что призвано интенсифицировать весь процесс уплотнения балласта в балластной призме. Вертикальное обжатие балласта, реализуемое механизмом подъема-опускания рабочих органов, позволяет исключить сложный гидравлический привод горизонтального обжатия балласта и в три раза уменьшить количество гидроцилиндров с их системой управления и питания. Возбудителями круговых колебаний с частотой 50 Гц служат отечественные мощные высоконадежные серийные вибраторы со средней наработкой на отказ до 5000 часов. Данные вибраторы позволяют одновременно обеспечить до 100 горизонтальных и до 100 вертикальных виброударных воздействий на балласт в секунду, что максимально интенсифицирует процесс его обработки. Инерционный принцип вибровозбуждения в сочетании со специальной конструкцией балластообрабатывающего инструмента обладает адаптирующимися свойствами к состоянию и виду балластировочных материалов. Он обеспечивает максимальное качество (степень и равномерность) уплотнения балласта, практически не вызывает разуплотнения его сложившейся структуры с одной стороны, и дробления щебенок с другой стороны. ИСП-5 уплотняет только тот балласт, который требует доуплотнения и без участия человека. Качающиеся рабочие органы позволяют самоустанавливаться по эпюре расстановки шпал, а после подъема их из балласта механизм возврата автоматически устанавливает их в нейтральное положение. Это в значительной степени снимает ограничение на количество одновременно обрабатываемых шпал без повреждения элементов рельсошпальной решетки и эпюры расстановки шпал.
Все подвижные соединения выполнены на высоконадежных подшипниковых узлах с централизованной системой смазки или в необслуживаемом варианте с использованием спецсмазок и присадок.

Таким образом, простые, высоконадежные, быстросменные, ремонтопригодные рабочие органы ИСП-5 позволяют без ущерба для надежности, долговечности и готовности к работе машины в целом увеличивать кратно их производительность за счет числа одновременно обрабатываемых шпал и исключения их обжатия из цикла обработки.
Наличие в составе ИСП-5 автоматически работающих рельсозахватов позволяет интегрировать (совместить) с ним подъемно-рихтовочный орган и дополнительно упростить машину в многошпальном ее использовании. Четырехшпальный модуль-рабочий орган ИСП-5 позволяет создавать, применительно к решаемым задачам унифицированные двухшпальные (2ИСП-5), шестишпальные (6ИСП-5), восьмишпальные (8ИСП-5) и т. п. блоки рабочих органов.

Рабочий орган динамический стабилизатор пути (ОДСП) вертикального вибро-ударного действия, массой 2,5…3 тонны (масса двух блоков) с эффектом работы машины ДСП (масса 60 тонн) позволяют его использовать в составе действующих ВПР-машин различных модификаций. Он предназначен для диагностирования и улучшения качества работ по выправке и стабилизации железнодорожных путей.

На основе отмеченного выше, нами предлагаются некоторые варианты машин и технологий высококачественной и производительной стабилизации железнодорожных путей (см. материалы сайта).

Варианты реконструкции существующих машин позволят в более сжатые сроки решить задачу повышения эффективности стабилизации железнодорожных путей. Возможности уровня реконструкции машин требует согласования их заводами изготовителями.

Предложения по совместной с нами модернизации машины ВПР-02М положительно рассмотрены ОАО «Калугапутьмаш» (на уровне до технического директора) (см. материалы сайта).
Совместно с ОАО «Тихорецкий машзавод» нами ведутся работы по созданию уплотнительно-стабилизирующей (4-х шпальной) машины УСМ для совместной работы с существующими ВПР-машинами. В настоящий момент идет изготовление первого образца машины (см. материалы сайта).

Отмеченные предложения по реконструкции машин и технологий – это вариант наиболее простого, экономичного и надежного пути достижения наилучшей длительной устойчивости железнодорожных путей и сопутствующих вопросов при минимальных ресурсном обеспечении и сроках.

2.2. Новый балластоуплотнительный инструмент для выправочно-подбивочно-рихтовочных машин

Основным критерием оценки эффективности подбивочного инструмента служит степень и равномерность уплотнения балласта, которые он обеспечивает (главные показатели назначения инструмента). Подбойки, которые получили распространение у нас и за рубежом в максимальной степени не соответствуют этому критерию эффективности. Причины:

1. Степень уплотнения балласта подбойками обеспечивается в среднем в 10 раз меньше требуемой для максимальной устойчивости пути.

2. Неравномерный и случайный характер износа рабочих лопаток подбоек уменьшает в ~ 1,5…2,0 раза и без того низкую степень уплотнения балласта как вдоль шпал, так и вдоль пути.

3. Уплотнение балласта только под шпалой (при одновременном разуплотнении в межшпальном пространстве) формирует резкую циклическую неравномерность плотности балласта вдоль пути.
Данные недостатки обуславливают низкие эксплуатационные возможности железнодорожных путей и необходимость в дополнительных работах и затратах по обеспечению устойчивости пути, достаточных для соблюдения нормативных требований к его эксплуатационным свойствам.

Нами создан качественно новый уплотнительно-подбивочный (УПИ) и балластоуплотнительный (БУИ) инструмент, который не только в несколько раз лучше подбивает и уплотняет балласт под шпалами, но и уплотняет его в межшпальном пространстве.

Специальное твердосплавное армирование инструмента позволило предотвратить его износ в течение 80…90% от ресурса инструмента, который доведен до 300…500 км подбитого пути, в зависимости от исполнения. Это означает, что при работе таким инструментом за сезон путевых работ они подадут под шпалы, примерно, в 2 раза больше балласта, чем инструмент с постепенно изнашиваемыми (скалывающимися) рабочими лопатками. Поэтому, можно говорить, что он реализует «эффект двойной подбивки балласта» за один средний проход ВПР-машины за сезон.

Наличие специальной геометрии нижней кромки рабочих лопаток и двух подвижных лопаток на стержне инструмента обеспечивают возможность вертикального виброударного воздействия поверхностями данных элементов УПИ и БУИ на «псевдотекучий» балласт в межшпальной зоне, вызывая тем самым его вертикальное уплотнение. Данным образом реализуется «эффект динамической стабилизации балластной призмы», обеспечивая для данного инструмента максимально возможную равномерность уплотнения балласта как вдоль шпалы, так и вдоль пути (см.материалы сайта).

Таким образом, применение инструмента УПИ и БУИ на ВПР-машинах позволит обеспечить такое качество уплотнения балласта, которое будет эквивалентно работе как бы удвоенного пара машин типа ВПР и ДСП.

Заключение.

1. При соответствующей организации промышленных работ технические средства последнего поколения для уплотнения материалов балластной призмы позволят наиболее экономичным образом достигнуть нового качества в стабилизации железнодорожных путей:
а) простая замена на ВПР-машинах подбоек на балластоуплотнительный инструмент более чем двукратно улучшит качество уплотнения балласта;
б) освоение техники и технологий интегральной и динамической стабилизации пути обеспечит наилучшую его стабильность парком машин в 1,5…2 раза меньшим по сравнению с сегодняшним и при минимальном количестве «окон».

2. Интегрально-динамические технологии стабилизации железнодорожных путей, с эффектом уплотнения в эквиваленте пропуска груза в 1 млн. тонно-брутто за один технологический проход машины обозначает завершение первого этапа в обеспечении качественной устойчивости путей механическими средствами.
Это позволит перейти к следующему этапу – физико-химическим технологиям стабилизации железнодорожных путей, которые, дополнительно, должны облегчить борьбу с растительностью экологически чистыми средствами.
Решение этих задач потребует соответствующих научно-практических изысканий.

3. Освоение технологий интегрально-динамической стабилизации железнодорожных путей – это движение к малообслуживаемому, малозатратному, скоростному и грузонапряженному пути с ресурсом около 2-х млрд. тонно-брутто пропущенного груза между капитальными ремонтами, основанный на использовании лучших инновационных результатов отечественной науки и промышленности.

Отмеченные технологии – это простые и эффективные средства обеспечения конкурентоспособности отечественных железных дорог, в том числе и в международной системе распределения грузопотоков, а так же снижения давления транспортных издержек на экономику и конкурентоспособность производимых товаров и слуг.

Новости